JP2011017955A - ベルト駆動制御装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無端状ベルトの蛇行量を検知するセンサにおける受光部の受光光量が変化した場合にも、無端状ベルトの蛇行制御を安定して行うことができるようにする。
【解決手段】ステアリングモータ２１０の制御量を演算するステアリング制御部２０４の演算部２０６の制御パラメータを、蛇行量検知センサ３０における受光部３０２の受光光量の変化に基づいて変更する。即ち、中間転写ベルト９が蛇行すると、第１の受光部３０３と第２の受光部３０４の受光光量の比率が変化する。このような受光部３０２における受光光量の変化を測定するための光量変化測定モードを実施する。さらに、この光量変化測定モードでは、受光光量の測定結果を用いて、中間転写ベルト９の蛇行方向の位置を調整すべく、ステアリング制御部２０４の演算部２０６の制御パラメータを変更する。
【選択図】図７

Description

本発明は、無端状ベルトの駆動を制御するベルト駆動制御装置、及び当該ベルト駆動制御装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置は、感光ドラムを露光して静電潜像を形成し、この静電潜像を、帯電したトナーにより現像してトナー像を形成する。そして、そのトナー像を中間転写体に転写した後、記録紙に転写することにより、記録紙に画像を形成する。

前記中間転写体としては、無端状ベルトを用いることがある。無端状ベルトを回転駆動した場合に、該無端状ベルトの支持部材の組み付け精度に依存して該ベルトの張架力にアンバランスが生じて、該無端状ベルトが回転駆動方向に対して直角方向（以下、蛇行方向と呼ぶ）に蛇行することがある。

このような画像形成装置が高品位な画像形成を行うためには、無端状ベルトのような像担持体の回転駆動方向とともに、蛇行方向に対しても高精度かつ安定的に駆動制御を行うことが必要となる。無端状ベルトの蛇行方向に対して高精度かつ安定的に駆動制御を行うためには、無端状ベルトの蛇行方向の変位量を安定的に検知することが求められる。

従来、無端状ベルトの蛇行量を検知する手法としては、例えば特許文献１の技術が提案されている。

特許文献１の蛇行量検知センサは、ベルト端部に当接させた接触子と、この接触子に設けられて光を反射する反射部と、該反射部に向けて光を出射する発光部と、反射部で反射した光を受光して受光量に応じた信号を出力する第１及び第２の受光部を備える。当接させた接触子は、ベルトの蛇行量に追従して角度が変化し、接触子に設けた反射部からの反射光量の違いを第１及び第２の受光部で検知することでベルトの蛇行量を検知するものである。

特開２００８−１２２７７６号公報

しかしながら、特許文献１に示された手法では、蛇行量検知センサの発光部が経年劣化や汚れることによって発光光量が低下して受光部での受光光量が低下した場合、蛇行量検知センサにおける、受光光量に対する検知電圧の関係を示す特性が変化する。この特性が変化することは、蛇行量検知センサのセンサ感度が変化することに相当する。中間転写ベルトの蛇行制御を行うに当たって一定の制御パラメータを使用し続けたときに、センサの感度が低下した場合は補正量が小さく演算されて十分な制御結果が得られない可能性があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、無端状ベルトの蛇行量を検知するセンサにおける受光部の受光光量が変化した場合にも、無端状ベルトの蛇行制御を安定して行うことができるベルト駆動制御装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、無端状ベルトの回転駆動方向に対して直角の方向である蛇行方向の位置を検知するベルト位置検知手段と、前記ベルト位置検知手段の検知結果に基づいて制御量を演算する演算手段と、前記制御量に従って、前記無端状ベルトの蛇行方向の位置を調整する調整手段とを有するベルト駆動制御装置であって、前記ベルト位置検知手段は、光を発光する発光部と、前記発光部からの光をそれぞれ受光する第１及び第２の受光部と、前記発光部と前記第１及び第２の受光部との間に回転自在に配置され、回転駆動する前記無端状ベルトの蛇行方向の位置に応じて回転して前記第１及び第２の受光部を遮光する蛇行位置検知部材とを有し、前記演算手段は、前記第１の受光部から出力される第１の受光電圧と前記第２の受光部から出力される第２の受光電圧との加算値に基づいて、前記制御量を決定することを特徴とする。

本発明によれば、ベルト位置検知手段における受光部の受光光量が変化した場合にも、無端状ベルトの蛇行制御を安定して行うことが可能になる。

実施の形態に係る画像形成装置のハードウェア構成を示す断面図である。 実施の形態におけるベルト駆動制御装置の構成を示すブロック図である。 蛇行量検知センサ及びステアリング制御部の構成を示すブロック図である。 蛇行量検知センサの構成及び動作を示す投影図である。 中間転写ベルトの蛇行位置とセンサ出力の関係を示すグラフである。 中間転写ベルトの蛇行位置と蛇行量検知センサのセンサ出力電圧との関係を示すグラフである。 実施の形態における画像形成装置の光量変化測定モード時の動作フローを示すフローチャートである。 光量変化測定モードの実施タイミングを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜画像形成装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置のハードウェア構成を示す断面図である。

この画像形成装置１は、例えば、電子写真方式のフルカラープリンタで構成される。そして、感光ドラム２ａ〜２ｄ、帯電器３ａ〜３ｄ、クリーナ４ａ〜４ｄ、レーザー走査ユニット５ａ〜５ｄ、転写ブレード６ａ〜６ｄ、現像ユニット７ａ〜７ｄ、現像器８ａ〜８ｄ、及び像担持体としての無端状ベルトである中間転写ベルト９を有している。

中間転写ベルト９は、ステアリングローラ１０と駆動ローラ１１とローラ２１によって張架され、駆動ローラ１１によって回転駆動され、ステアリングローラ１０によって蛇行方向の位置の調整が行われる。ここで、蛇行方向とは、中間転写ベルト９の回転駆動方向に対して直角の方向である。中間転写ベルト９の端部には、蛇行方向の変位量を検知する蛇行量検知センサ３０（ベルト位置検知手段の一例）が当接されている。ステアリングローラ１０は、後述するベルト駆動制御装置のステアリング制御部２０４（図２参照）により駆動される。

画像形成装置１において、各色用の感光ドラム２ａ〜２ｄに対し、半導体レーザーを光源とする各々のレーザー走査ユニット５ａ〜５ｄにより静電潜像が形成され、この静電潜像は各々の現像器８ａ〜８ｄにより現像される。そして、この感光ドラム２ａ〜２ｄ上に現像された各色のトナー画像は、中間転写ベルト９に一次転写される。

これに並行して、記録紙Ｓは給紙カセット１７または手差しトレイ１３から給紙され、レジストレーションローラ１６によりレジストレーションタイミングにおいて二次転写ローラ２２へ向けて搬送される。

中間転写ベルト上の４色のトナー像は、二次転写ローラ２２部で記録紙に転写され、定着ローラ２３などからなる熱定着器により記録紙上に定着された後、排紙トレイ２６に排紙される。

＜ベルト駆動制御装置の構成＞
図２は、本実施の形態におけるベルト駆動制御装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態における画像形成装置は、図２に示すベルト駆動制御装置を含む画像形成装置全体の動作を制御する中央制御部２０８を備えている。中央制御部２０８は、中央演算装置であるＣＰＵ２０３、ＣＰＵ２０３のワークエリア等として作用するＲＡＭ２０３ａ、ＣＰＵの２０３で実行する制御プロクラムを格納するＲＯＭ２０３ｂを有する。さらに、中間転写ベルト駆動制御に関わる次のような制御部を備えている。即ち、ＣＰＵ２０３により制御されるベルト駆動モータ制御部２０２とステアリング制御部２０４を備えている。

ベルト駆動モータ制御部２０２は、ベルト駆動ローラ１１を駆動するベルト駆動モータ２０１の回転動作を制御する。ステアリング制御部２０４は、蛇行量検知センサ３０の検知信号に基づいて、ステアリングローラ１０を駆動するステアリングモータ２１０の回転動作を制御する。また、蛇行量検知センサ３０は、ＣＰＵ２０３によりオン／オフが制御されるようになっている。

上記構成のベルト駆動制御装置において、操作部２０９に動作開始指令が入力されると、ＣＰＵ２０３は、ベルト駆動モータ制御部２０２に駆動開始信号を送る。ベルト駆動モータ制御部２０２は、ベルト駆動モータ２０１を所定の回転速度で回転するようにモータ駆動信号を生成する。ベルト駆動モータ２０１は、モータ駆動信号を受けて、ベルト駆動ローラ１１を回転駆動させる。

一方、蛇行量検知センサ３０は、中間転写ベルト９の蛇行量をアナログ電圧値として出力し、ステアリング制御部２０４のＡ／Ｄコンバータ２０５へ送る。Ａ／Ｄコンバータ２０５で量子化されたベルト蛇行量は、ステアリング制御部２０４の演算部２０６に入力される。演算部２０６では、後述する手順により、ステアリングモータ２１０の制御量を演算し、該演算結果はステアリングモータ制御部２０７に入力され、ステアリングモータ２１０を駆動して、ステアリングローラ１０を動作する。

＜蛇行量検知センサとステアリング制御部の構成＞
図３は、蛇行量検知センサ３０及びステアリング制御部２０４の構成を示すブロック図である。

蛇行量検知センサ３０は、光を発光する発光部３０１と、発光部３０１に対向配置された受光部３０２と、発光部３０１と発光部３０１との間に回転自在に配置されたベルト蛇行位置検知部材３０５とで構成されている。発光部３０１はＬＥＤで構成され、受光部３０２は、それぞれフォトダイオードから成る第１の受光部３０３と第２の受光部３０４で構成される。第１の受光部３０３及び第２の受光部３０４は、発光部３０１の射光方向に対して直角方向に並列的に配置され、各々の受光光量に応じて、それぞれセンサ出力Ａ１（第１の受光電圧），センサ出力Ａ２（第２の受光電圧）を出力する。

また、ステアリング制御部２０４の演算部２０６は、Ａ／Ｄコンバータ２０５の出力を入力する減算器２０６Ａを有し、その出力側にＰ．Ｉ．Ｄ制御演算部２０６Ｂが接続されている。Ｐ．Ｉ．Ｄ制御演算部２０６Ｂの出力側には、ステアリングモータ制御部２０７が接続されている。Ｐ．Ｉ．Ｄ制御演算部２０６Ｂは、比例ゲイン乗算器３０９、積分ゲイン乗算器３１０、微分ゲイン乗算器３１１、積分演算器３１２、微分演算器３１３、及び加算器３１４で構成されている。

＜蛇行量検知センサの詳細＞
次に、蛇行量検知センサ３０について詳細に説明する。

図４は、蛇行量検知センサ３０の構成及び動作を示す投影図である。

図４中の４０１は、蛇行量検知センサ３０内のベルト蛇行位置検知部材３０５の回転中心の支点である。ベルト蛇行位置検知部材３０５は支点４０１を中心に自由に回転できる構成であり、支点４０１の上部は中間転写ベルト９のベルト端部に当接しており、支点４０１の下部は受光部３０２を遮光する。中間転写ベルト９が蛇行すると、当接するベルト蛇行位置検知部材３０５が回転して、受光部３０２中の第１の受光部３０３と第２の受光部３０４の受光光量の比率が変化する。

（Ａ）中間転写ベルトの蛇行位置と蛇行量検知センサ３０の出力の関係
図５は、中間転写ベルト９の蛇行位置と、センサ出力Ａ１及びセンサ出力Ａ２の関係を示すグラフである。

図５中の実線で示すセンサ出力Ａ１に着目すると、ベルト蛇行位置が正の値に大きくなるに従ってセンサ出力が小さくなる。これは、ベルト蛇行位置検知部材３０５が回転することにより第１の受光部３０３が徐々に遮光されていくためである。一方、第２の受光部３０４は、受光光量が多くなるため図５中の実線で示すセンサ出力Ａ２のようになる。なお、蛇行位置の絶対値が大きくなるとセンサ出力の傾きが一定ではなくなるため、センサ出力の傾きが一定の範囲を蛇行位置検知範囲として使用する。

図５中の実線で示すセンサＰｏｗｅｒは、センサ出力Ａ１とセンサ出力Ａ２の平均値を示している。即ち、
センサＰｏｗｅｒ＝（（センサ出力Ａ１）＋（センサ出力Ａ２））÷２
図５中の破線で示す、センサ出力Ａ１’、センサ出力Ａ２’、センサＰｏｗｅｒ’は、発光部３０１の発光光量が低下したときのそれぞれの値を示している。

図５のグラフから、中間転写ベルト９の蛇行位置によらずセンサＰｏｗｅｒの値は一定の値が得られることが分かる。

（Ｂ）発光光量とセンサ出力電圧の関係
図６は、中間転写ベルト９の蛇行位置と蛇行量検知センサ３０のセンサ出力電圧との関係を示すグラフである。

図６中の実線Ｄは、発光部３０１の発光光量が所定値の場合における図５中のセンサ出力Ａ１と、センサ出力Ａ２の差をとった値である。即ち、
Ｄ＝（センサ出力Ａ２）−（センサ出力Ａ１）
図６中の破線Ｄ’は、発光部３０１の発光光量が所定値より低下した場合における図５中のセンサ出力Ａ１’と、センサ出力Ａ２’の差をとった値である。即ち、
Ｄ’＝（センサ出力Ａ２’）−（センサ出力Ａ１’）
である。

図６のグラフから、発光部３０１の発光光量が低下すると、蛇行量検知センサ３０のセンサ出力電圧［Ｖ］が低下することが分かる。

＜光量変化測定モード＞
前述したように、中間転写ベルト９が蛇行すると、第１の受光部３０３と第２の受光部３０４の受光光量の比率が変化する。本実施の形態では、このような受光部３０２における受光光量の変化を測定するための光量変化測定モードを実施する。さらに、この光量変化測定モードでは、受光光量の測定結果を用いて、中間転写ベルト９の蛇行方向の位置を調整するための制御量を算出する。つまり、中間転写ベルト９の蛇行制御を実行する。以下、本実施の形態における光量変化測定モードの動作フローについて、図７を参照して説明する。

図７は、本実施の形態における画像形成装置の光量変化測定モード時の動作フローを示すフローチャートである。この動作フローは、ＲＯＭ２０３ｂに格納された制御プログラムをＣＰＵ２０３が実行することにより実現される。

ＣＰＵ２０３は、光量変化測定モードを開始すると、まずステップＳ７０１で、各ゲイン値を初期値に設定する。即ち、比例ゲイン乗算器３０９にＰｇａｉｎ初期値を設定し（Ｐｇａｉｎ設定＝Ｐｇａｉｎ初期値）、積分ゲイン乗算器３１０にＩｇａｉｎ初期値する（Ｉｇａｉｎ設定＝Ｉｇａｉｎ初期値）。また、微分ゲイン乗算器３１１にＤｇａｉｎ初期値を設定する（Ｄｇａｉｎ設定＝Ｄｇａｉｎ初期値）。

次のステップＳ７０２で、ＣＰＵ２０３は蛇行量検知センサ３０をオンし、続くステップＳ７０３で、第１の受光部３０３のセンサ出力Ａ１を２００ｍｓ周期で５回サンプリングする。そして、ステップＳ７０４で、ＣＰＵ２０３は、サンプリング結果である５つのデータから平均値を計算し、続くステップＳ７０５で、その算出した値をＡｖｅ＿Ａ１としてスタックする。

同様に、ステップＳ７０６でＣＰＵ２０３は、センサ出力Ａ２を２００ｍｓ周期で５回サンプリングし、続くステップＳ７０７でサンプリング結果である５つのデータから平均値を計算する。そしてステップＳ７０８で、ＣＰＵ２０３は、ステップＳ７０７で算出した値をＡｖｅ＿Ａ２としてスタックする。

なお、上記したステップＳ７０３とステップＳ７０６は並列処理として同一タイミングに実行する。

その後のステップＳ７０９で、ＣＰＵ２０３は、ステップＳ７０５とステップＳ７０８でスタックしたデータから平均値（センサＰｏｗｅｒ：Ｐｓ）を、次式により算出する。

Ｐｓ＝（Ａｖｅ＿Ａ１＋Ａｖｅ＿Ａ２）÷２
続くステップＳ７１０で、ＣＰＵ２０３は、ステアリングモータ２１０の制御量の算出比率である制御パラメータ比率Ｒｃｐを算出する。

Ｒｃｐ＝Ｃ÷Ｐｓ
但し、Ｃは１以上の定数であり、適用する駆動系の特性に応じて決定される。

次のステップＳ７１１で、ＣＰＵ２０３は、蛇行量検知センサ３０をオフし、続くステップＳ７１２で、以下のように、次回の蛇行制御に用いるゲイン値を設定する。

・比例ゲイン乗算器３０９に対して、Ｐｇａｉｎ初期値に制御パラメータ比率Ｒｃｐを乗じた値を設定する。つまり、
Ｐｇａｉｎ設定＝Ｐｇａｉｎ初期値×制御パラメータ比率Ｒｃｐ
・積分ゲイン乗算器３１０に対して、Ｉｇａｉｎ初期値に制御パラメータ比率Ｒｃｐを乗じた値を設定する。つまり、
Ｉｇａｉｎ設定＝Ｉｇａｉｎ初期値×制御パラメータ比率Ｒｃｐ
・微分ゲイン乗算器３１１に対して、Ｄｇａｉｎ初期値に制御パラメータ比率Ｒｃｐを乗じた値を設定する。つまり、
Ｄｇａｉｎ設定＝Ｄｇａｉｎ初期値×制御パラメータ比率Ｒｃｐ
以上で、光量変化測定モードは終了する。

なお、上述した光量変化測定モードは、発光部３０１の発光光量変動を考慮した時期に行われるのがよい。具体的には、本画像形成装置１の電源投入時や、画像形成装置の画像形成枚数が所定の枚数に達したとき（所定枚数毎）などがよい。

次に、上述した光量変化測定モードの実施タイミングについて、図８を参照して説明する。

図８は、図７で説明した光量変化測定モードの実施タイミングを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ８０１において、ＣＰＵ２０３は装置本体の電源を投入し、次のステップＳ８０２で、光量変化測定モードを実施する。光量変化測定モードの動作フローは前述の通り図７のフローチャートに従う。

次にステップ８０３で、ＣＰＵ２０３は、プリントジョブ開始指令があるかどうかを判断する。プリントジョブ開始指令がない場合はステップＳＳ８０３をループし続けて、プリントジョブ開始指令が来るのを待つ。プリントジョブ開始指令があった場合には、ＣＰＵ２０３は処理をステップＳ８０４に移行し、プリント動作を実行する。

そして、ステップＳ８０５で累積プリント枚数をカウントし、ステップＳ８０６でプリント動作が終了したら、ステップＳ８０７で、ＣＰＵ２０３は、累積プリント枚数が所定値以上かどうかを判断する。ここで、所定値とは、発光部３０１の発光光量が蛇行制御に影響するレベルまで低下すると見込まれる累積プリント枚数である。

ステップＳＳ８０７において累積プリント枚数が所定値以上と判断された場合には、ＣＰＵ２０３は処理をステップＳ８０８に移行して光量変化測定モードを実行する。その後、ステップＳ８０９で、ＣＰＵ２０３は、装置本体のシャットダウン指令があるかどうかを判断する。装置本体のシャットダウン指令がない場合にはステップＳＳ８０３に戻る。前記ステップＳ８０９で装置本体のシャットダウン指令があると判断した場合には、ＣＰＵ２０３は次のステップＳ８１０で装置本体をシャットダウンする。

＜本実施の形態に係る利点＞
以上述べた通り、本実施の形態では、ステアリングモータ２１０の制御量を演算するステアリング制御部２０４の演算部２０６の制御パラメータを、蛇行量検知センサ３０における受光部３０２の受光光量の変化に基づいて決定するようにした。つまり、前記制御パラメータは、第１の受光部３０３から出力されるセンサ出力Ａ１と第２の受光部３０４から出力されるセンサ出力Ａ２との加算値に基づいて決定される。

これにより、中間転写ベルト９の蛇行量を検知する蛇行量検知センサ３０における受光部３０２の受光光量が変化した場合にも、中間転写ベルト９の蛇行制御を安定して行うことが可能である。

なお、本発明の実施の形態は、ネットワーク又は各種記憶媒体を介して取得したソフトウェア（プログラム）をパーソナルコンピュータ（ＣＰＵ，プロセッサ）にて実行することでも実現できる。

９ 中間転写ベルト
３０ 蛇行量検知センサ
２０３ ＣＰＵ
２０４ ステアリング制御部
２０６ 演算部
３０１ 発光部
３０３ 第１の受光部
３０４ 第２の受光部
３０５ ベルト蛇行位置検知部材

Claims (3)

1. 無端状ベルトの回転駆動方向に対して直角の方向である蛇行方向の位置を検知するベルト位置検知手段と、前記ベルト位置検知手段の検知の結果に基づいて制御量を演算する演算手段と、前記制御量に従って、前記無端状ベルトの蛇行方向の位置を調整する調整手段とを有するベルト駆動制御装置であって、
   前記ベルト位置検知手段は、光を発光する発光部と、前記発光部からの光をそれぞれ受光する第１及び第２の受光部と、前記発光部と前記第１及び第２の受光部との間に回転自在に配置され、回転駆動する前記無端状ベルトの蛇行方向の位置に応じて回転して前記第１及び第２の受光部を遮光する蛇行位置検知部材とを有し、
   前記演算手段は、前記第１の受光部から出力される第１の受光電圧と前記第２の受光部から出力される第２の受光電圧との加算値に基づいて、前記制御量を決定することを特徴とするベルト駆動制御装置。
2. 前記演算手段は、前記第１の受光部から出力される第１の受光電圧と、前記第２の受光部から出力される第２の受光電圧との加算値に基づいて、前記制御量の算出比率である制御パラメータ比率を求め、初期の制御量と前記制御パラメータ比率とを乗算した値を次回の制御量とすることを特徴とする請求項１に記載のベルト駆動制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のベルト駆動制御装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。